Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle
und eine Solarzelle.The
The invention relates to a method for producing a solar cell
and a solar cell.
Solarzellen
weisen bekanntlich einen Halbleiterkörper auf, in dem ein pn-Übergang
zwischen einer n-dotierten Zone und einer p-dotierten Halbleiterzone
gebildet ist. Durch Lichtabsorption, d.h. durch Photonen, die in
den Halbleiterkörper
eindringen, werden Ladungsträgerpaare
(Elektronen-Loch-Paare) in dem Halbleiterkörper erzeugt, die durch eine Raumladungszone,
die sich im Bereich dieses pn-Übergangs
ausbildet, getrennt werden und die zu einem Stromfluss beitragen.
Ladungsträgerpaare, die
in dem Halbleiterkörper
außerhalb
dieser Raumladungszone des pn-Übergangs
generiert werden, diffundieren in dem Halbleiterkörper in
zufälliger Richtung
bis sie in den Bereich der Raumladungszone gelangen und durch das
dort vorhandene elektrische Feld getrennt werden oder bis sie durch
Rekombination verloren gehen.solar cells
are known to have a semiconductor body in which a pn junction
between an n-doped zone and a p-doped semiconductor zone
is formed. By light absorption, i. by photons that are in
the semiconductor body
penetrate, are charge carrier pairs
(Electron-hole pairs) generated in the semiconductor body by a space charge zone,
which is in the range of this pn junction
be formed, separated and contribute to a flow of electricity.
Charge carrier pairs, the
in the semiconductor body
outside
this space charge zone of the pn junction
are generated, diffuse in the semiconductor body in
random direction
until they enter the area of the space charge zone and through the
There existing electric field will be disconnected or until they pass through
Lost recombination.
Die
Rekombinationsrate ist dabei abhängig von
der Diffusionslänge
der Minoritätsladungsträger in dem
Halbleiterkörper,
also abhängig
von der Diffusionslänge
von Elektronen, wenn die Ladungsträgerpaare in der p-dotierten
Zone der Solarzelle erzeugt werden, und abhängig von der Diffusionslänge von Löchern, wenn
die Ladungsträgerpaare
in der n-dotierten Zone der Solarzelle erzeugt werden. Diese Diffusionslänge ist
abhängig
von der Konzentration der in dem Kristall des Halbleiterkörpers vorhandenen
Kristalldefekte, die als Rekombinationszentren wirken können und
die damit die Diffusionslänge
reduzieren. Zur Verringerung der Rekombinationsrate sind hohe Anforderungen
an die Defektfreiheit bzw. die Kristallgüte des Halbleiterkristalls
des Halbleiterkörpers
zu stellen, die allerdings mit erhöhten Herstellungskosten verbunden
sind.The
Recombination rate depends on
the diffusion length
the minority carrier in the
Semiconductor body,
so dependent
from the diffusion length
of electrons when the charge carrier pairs in the p-doped
Zone of the solar cell can be generated, and depending on the diffusion length of holes, though
the charge carrier pairs
be generated in the n-doped zone of the solar cell. This diffusion length is
dependent
from the concentration of those present in the crystal of the semiconductor body
Crystal defects that can act as recombination centers and
thus the diffusion length
to reduce. To reduce the recombination rate are high demands
to the freedom from defects or the crystal quality of the semiconductor crystal
of the semiconductor body
to provide, however, associated with increased production costs
are.
Die DE 44 16 549 A1 beschreibt
jeweils eine Solarzelle, bei der sich eine Vielzahl von Vertiefungen
ausgehend von einer Seite in den Halbleiterkörper der Solarzelle hinein
erstrecken. Im Bereich der Seitenwände dieser Gräben sind
zur Realisierung von pn-Übergängen dotierte
Bereiche vorhanden, die komplementär zu einer Grunddotierung des
Halbleiterkörpers
dotiert sind. Der Abstand der einzelnen Vertiefungen ist dabei kleiner
oder gleich der Diffusionslänge.
Bei diesem Bauelement ist der Abstand einzelner Bereiche des Halbleiterkörpers, in
denen Ladungsträgerpaare
erzeugt werden können,
zu einem pn-Übergang
reduziert, wodurch die Rekombinationswahrscheinlichkeit insgesamt
reduziert ist.The DE 44 16 549 A1 describes in each case a solar cell in which a plurality of recesses extend from one side into the semiconductor body of the solar cell. In the region of the side walls of these trenches, doped regions are present for the realization of pn junctions, which are doped in a complementary manner to a basic doping of the semiconductor body. The distance between the individual depressions is less than or equal to the diffusion length. In this device, the distance of individual regions of the semiconductor body in which charge carrier pairs can be generated, reduced to a pn junction, whereby the recombination probability is reduced overall.
Die
Herstellung dieser Solarzelle ist wegen der notwendigen Herstellung
von Vertiefungen allerdings aufwendig. Darüber hinaus geht ein. nicht
unerheblicher Teil des Volumens des Halbleiterkörpers durch die Herstellung
der Vertiefungen verloren, der dadurch nicht mehr für die Ladungsträgergeneration zur
Verfügung
steht.The
Production of this solar cell is because of the necessary production
Of depressions, however, consuming. It goes beyond that. Not
insignificant part of the volume of the semiconductor body through the production
of the wells, which thereby no longer for the charge carrier generation to
disposal
stands.
Die US 3,682,708 beschreibt
eine Solarzelle, bei der in vertikaler Richtung eines Halbleiterkörpers pn-Übergänge vorhanden
sind. Diese pn-Übergänge sind
durch eine Anzahl übereinander
angeordneter p- und n-dotierter Halbleiterschichten gebildet, von denen
jeweils zwei benachbarte Schichten komplementär zueinander dotiert sind.
Die n-dotierten Schichten sind dabei durch n-dotierte Zonen, die
sich durch die p-dotierten
Schichten erstrecken, untereinander verbunden, und die p-dotierten
Schichten sind dabei durch p-dotierte Zonen, die sich durch die
n-dotierten Schichten erstrecken, untereinander verbunden. Das Verfahren
zur Herstellung dieser Solarzelle erfordert die Abscheidung einer
Anzahl komplementär
zueinander dotierter Epitaxieschichten und ist damit sehr aufwendig.The US 3,682,708 describes a solar cell in which pn junctions are present in the vertical direction of a semiconductor body. These pn junctions are formed by a number of stacked p- and n-doped semiconductor layers, of which two adjacent layers are doped complementary to each other. In this case, the n-doped layers are interconnected by n-doped zones which extend through the p-doped layers, and the p-doped layers are surrounded by p-doped zones which extend through the n-doped layers. interconnected. The method for producing this solar cell requires the deposition of a number of complementary doped epitaxial layers and is therefore very expensive.
Die DE 102 43 758 A1 beschreibt
die Herstellung vergrabener n-dotierter Feldstoppzonen in einem
n-dotierten Halbleiter körper
unter Verwendung einer Protonenimplantation und der nachfolgenden Durchführung eines
Ausheilschrittes.The DE 102 43 758 A1 describes the fabrication of buried n-doped field stop zones in an n-doped semiconductor body using a proton implant and then performing an annealing step.
Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung
einer Solarzelle mit reduzierter Rekombinationswahrscheinlichkeit
und eine Solarzelle mit reduzierter Rekombinationswahrscheinlichkeit
zur Verfügung
zu stellen.task
The present invention is a process for the preparation
a solar cell with reduced recombination probability
and a solar cell with reduced recombination probability
to disposal
to deliver.
Diese
Aufgabe wird durch eine Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 14 sowie durch eine
Solarzelle nach Anspruch 37 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.These
The object is achieved by a method according to claims 1 and 14 and by a
Solar cell according to claim 37 solved.
Advantageous embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.
Das
erfindungsgemäße Verfahren
zur Herstellung einer Solarzelle sieht vor, einen einkristallinen
Halbleiterkörper
bereitzustellen, der zwei gegenüberliegende
Seiten und eine p-Grunddotierung
aufweist, und eine Protonenimplantation durchzuführen, bei der Protonen über eine
erst e. der Seiten derart in den Halbleiterkörper implantiert werden, dass
eine Anzahl beabstandet zueinander angeordneter Defektbereiche entsteht,
die sich ausgehend von der einen Seite in den Halbleiterkörper hineinerstrecken und
in denen Kristalldefekte des Halbleiterkörpers und implantierte Protonen
vorhanden sind. An diese Protonenimplantation schließt sich
ein Ausheilschritt an, bei dem der Halbleiterkörper wenigstens im Bereich
der Defektbereiche aufgeheizt wird und dessen Temperatur und Dauer
derart gewählt
sind, dass aus den Kristalldefekten und den Protonen wasserstoffinduzierte
Donatoren entstehen, um dadurch eine Anzahl beabstandet zueinander
angeordneter n-dotierter
Halbleiterzonen zu erzeugen. Das Verfahren sieht außerdem vor,
einen n-dotierten Emitter zu erzeugen, an den sich die n-dotierten
Halbleiterzonen anschließen.
Die Erzeugung dieses n-dotierten Emitters kann dabei vor der Herstellung
oder nach der Herstellung der n-dotierten Halbleiterzonen erfolgen, vorzugsweise
erfolgt die Herstellung dieses n-Emitters
jedoch vorher.The method according to the invention for producing a solar cell provides for providing a monocrystalline semiconductor body which has two opposite sides and a p-base doping, and to perform a proton implantation in which protons are passed over a first e. the sides are implanted in the semiconductor body in such a way that a number of defect regions arranged at a distance from one another are created which extend into the semiconductor body from one side and in which crystal defects of the semiconductor body and implanted protons are present. This proton implantation is followed by an annealing step in which the semiconductor body is heated at least in the region of the defect regions and whose temperature and duration are selected so that hydrogen-induced donors are formed from the crystal defects and the protons, thereby forming a number of spaced n-doped ones To produce semiconductor zones. The method also provides to produce an n-doped emitter to which the n-doped semiconductor zones connect. The production of this n-doped emitter can be carried out before the production or after the production of the n-doped semiconductor regions, but preferably the production of this n-type emitter takes place beforehand.
Die
Herstellung der Defektbereiche setzt eine selektive Protonenimplantation,
d.h. eine Protonenimplantation in vorgegebene Bereiche des Halbleiterkörpers voraus.
Diese Selektivität
kann durch Anwendung einer Maske erfolgen, die solche Bereiche abdeckt,
in die nicht implantiert werden soll. Alternativ besteht auch die
Möglichkeit,
ein "Protonenschreibverfahren" einzusetzen, bei
dem ein Protonenstrahl gezielt auf solche Bereich gelenkt werden kann,
in die implantiert werden soll.The
Production of the defect areas requires a selective proton implantation,
i.e. a proton implantation in predetermined areas of the semiconductor body ahead.
This selectivity
can be done by using a mask that covers such areas,
which should not be implanted. Alternatively, there is also the
Possibility,
to use a "proton writing" method
a proton beam can be targeted to such area,
to be implanted in the.
Die
Herstellung der Defektbereiche bzw. der aus diesen Defektbereichen
resultierenden n-dotierten Halbleiterzonen erfolgt vorzugsweise
derart, dass ein gegenseitiger Abstand zweier solcher n-dotierter Halbleiterzonen
kleiner ist als die Diffusionslänge
von Minoritätsladungsträgern in
den die Grunddotierung aufweisenden Abschnitten des Halbleiterkörpers. Solche
die Grunddotierung aufweisende Abschnitte des Halbleiterkörpers befinden
sich jeweils zwischen zwei benachbart zueinander angeordneten n-dotierten
Halbleiterzonen.The
Production of defect areas or of these defect areas
resulting n-doped semiconductor regions is preferably carried out
such that a mutual distance between two such n-doped semiconductor zones
smaller than the diffusion length
of minority carriers in
the Grunddotierung having portions of the semiconductor body. Such
the Grunddotierung having portions of the semiconductor body are
each between two adjacent to each other arranged n-doped
Semiconductor zones.
Ist
der n-dotierte Emitter im Bereich der ersten Seite des Halbleiterkörpers angeordnet,
bilden die sich ausgehend von der einen Seite in den Halbleiterkörper hinein
erstreckenden n-dotierten Halbleiterzonen eine kammförmige bzw.
fingerförmige Struktur
um Bereiche des Halbleiterkörpers,
die die p-Grunddotierung
aufweisen. Die Rekombinationswahrscheinlichkeit ist bei einer aus
dem erfindungsgemäßen Verfahren
resultierenden Solarzelle aufgrund des kammförmigen oder fingerförmigen Verlaufs
des pn-Übergangs
in dem Halbleiterkörper
im Vergleich zu Solarzellen ohne eine solche Kamm- oder Fingerstruktur
reduziert. Auf die Erzeugung von Gräben zur Herstellung der in
der Tiefe des Halbleiterkörpers
angeordneten Abschnitte der n-dotierten Halbleiterzonen kann bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren
verzichtet werden, so dass die n-dotierten Halbleiterzonen
in lateraler Richtung des Halbleiterkörpers auf sehr platzsparende
Weise und auch auf sehr reproduzierbare Weise und sehr gut kontrollierbare
Weise und extrem dicht beieinander liegend realisiert werden können. Im
Vergleich zu herkömmlichen
Solarzellen mit Gräben
ist die Fläche
des pn-Übergangs
bei einer durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellten
Solarzelle bezogen auf ein gegebenes Volumen des Halbleiterkörpers deutlich
erhöht,
woraus eine höhere
Stromausbeute einer mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Solarzelle
resultiert.is
the n-doped emitter is arranged in the region of the first side of the semiconductor body,
form from the one side into the semiconductor body
extending n-doped semiconductor zones a comb-shaped or
finger-shaped structure
around regions of the semiconductor body,
the the p-basic doping
exhibit. The recombination probability is at one
the method according to the invention
resulting solar cell due to the comb-shaped or finger-shaped course
of the pn junction
in the semiconductor body
compared to solar cells without such a comb or finger structure
reduced. On the production of trenches for the production of in
the depth of the semiconductor body
arranged portions of the n-doped semiconductor regions can at
the method according to the invention
be dispensed with, so that the n-doped semiconductor zones
in the lateral direction of the semiconductor body in a very space-saving
Way and also in a very reproducible way and very well controllable
Way and extremely close to each other can be realized. in the
Compared to conventional
Solar cells with trenches
is the area
of the pn junction
in a produced by the inventive method
Solar cell based on a given volume of the semiconductor body significantly
elevated,
what a higher
Current efficiency of a solar cell produced by the method according to the invention
results.
Bei
einer Abwandlung des zuvor erläuterten Verfahrens
ist vorgesehen, wenigstens eine vergrabene n-dotierte Halbleiterzone
mittels Protonenimplantation und einem anschließenden Ausheilschritt herzustellen,
die beabstandet zu einer ersten Seite des Halbleiterkörpers angeordnet
ist. Bei diesem Verfahren werden außerdem ein n-dotierter Emitter und
eine n-dotierte
Verbindungszone hergestellt. Die n-dotierte Verbindungszone verbindet
die vergrabenen n-dotierten Halbleiterzonen miteinander und schließt diese
an den n-dotierten Emitter an. Hierbei besteht insbesondere die
Möglichkeit,
die Verbindungszone und den n-Emitter als gemeinsame Halbleiterzone
zu realisieren.at
a modification of the previously explained method
is provided, at least one buried n-doped semiconductor zone
produce by proton implantation and a subsequent annealing step,
the spaced apart arranged to a first side of the semiconductor body
is. In this method also an n-doped emitter and
an n-doped one
Connection zone made. The n-doped junction zone connects
the buried n-doped semiconductor zones together and closes them
to the n-doped emitter. Here is in particular the
Possibility,
the connection zone and the n-emitter as a common semiconductor zone
to realize.
Die
erfindungsgemäße Solarzelle
umfasst einen Halbleiterkörper
mit einer ersten und einer zweiten Seite, der eine Grunddotierung
eines ersten Leitungstyps aufweist, eine erste Emitterzone, die vorzugsweise
im Bereich der ersten Seite des Halbleiterkörpers angeordnet ist und die
mit Dotierstoffen eines zu dem ersten Leitungstyp komplementären Leitungstyps
dotiert ist. Die Solarzelle umfasst außerdem mehrere Halbleiterzonen
des zweiten Leitungstyps, die in einer lateralen Richtung des Halbleiterkörpers beabstandet
zueinander angeordnet sind und die sich wenigstens teilweise in
einer vertikalen Richtung in dem Halbleiterkörper erstrecken und die sich
an die erste Emitterzone anschließen. Diese Halbleiterzonen
des zweiten Leitungstyps sind als durchgehende Zonen ausgebildet,
die jeweils in lateraler Richtung zwischen zwei die Grunddotierung
des Halbleiterkörpers
aufweisenden Abschnitten angeordnet sind. Die Halbleiterzonen des
zweiten Leitungstyps sind insbesondere n-dotierte Halbleiterzonen,
die wasserstoffinduzierte Donatoren aufweisen.The
Solar cell according to the invention
comprises a semiconductor body
with a first and a second page, a basic doping
a first conductivity type, a first emitter region, preferably
is arranged in the region of the first side of the semiconductor body and the
with dopants of a complementary to the first conductivity type conductivity type
is doped. The solar cell also includes several semiconductor zones
of the second conductivity type spaced in a lateral direction of the semiconductor body
are arranged to each other and at least partially in
a vertical direction extend in the semiconductor body and the
connect to the first emitter zone. These semiconductor zones
of the second conductivity type are formed as continuous zones,
each in the lateral direction between two the basic doping
of the semiconductor body
having arranged sections. The semiconductor zones of
second conductivity type are in particular n-doped semiconductor zones,
having hydrogen-induced donors.
Die
vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand von Figuren näher erläutert.The
The present invention will be explained in more detail below with reference to figures.
1 veranschaulicht ein erfindungsgemäßes Verfahren
zur Herstellung einer Solarzelle anhand von Querschnitten durch
einen Halbleiterkörper während verschiedener
Verfahrensschritte. 1 1 illustrates a method according to the invention for producing a solar cell on the basis of cross sections through a semiconductor body during various method steps.
2 zeigt
einen Querschnitt durch eine Solarzelle, die durch ein gegenüber 1 abgewandeltes Verfahren hergestellt
wurde. 2 shows a cross section through a solar cell, through an opposite 1 modified method was produced.
3 zeigt eine Solarzelle, die durch ein weiteres
gegenüber 1 abgewandeltes Verfahren hergestellt
wurde. 3 shows a solar cell facing through another 1 modified method was produced.
4 zeigt
eine weitere Solarzelle, die durch ein erfindungsgemäßes Verfahren
hergestellt wurde. 4 shows another solar cell, which was prepared by a method according to the invention.
5 zeigt eine Abwandlung der Solarzelle gemäß 3. 5 shows a modification of the solar cell according to 3 ,
6 veranschaulicht ein weiteres erfindungsgemäßes Verfahren
zur Herstellung einer Solarzelle anhand von Querschnitten durch
einen Halbleiterkörper
während
verschiedener Verfahrensschritte. 6 illustrates another invention Method according to the invention for producing a solar cell on the basis of cross sections through a semiconductor body during various method steps.
7 zeigt
eine Abwandlung der in 6D dargestellten Solarzelle. 7 shows a modification of the in 6D represented solar cell.
8 zeigt Querschnitte durch eine Solarzelle,
die mittels eines gegenüber
dem Verfahren nach 6 abgewandelten
Verfahren hergestellt wurde. 8th shows cross sections through a solar cell, which by means of a comparison with the method 6 modified method was produced.
9 zeigt
einen Querschnitt durch eine Solarzelle, die mittels eines gegenüber dem
Verfahren nach 6 abgewandelten Verfahren
hergestellt wurde. 9 shows a cross section through a solar cell, by means of a comparison with the method 6 modified method was produced.
In
den Figuren bezeichnen, sofern nicht anders angegeben, gleiche Bezugszeichen
gleiche Bauelementbereiche mit gleicher Bedeutung.In
denote the figures, unless otherwise indicated, like reference numerals
same component areas with the same meaning.
Ein
erstes erfindungsgemäßes Verfahren
zur Herstellung einer Solarzelle wird nachfolgend anhand der 1A bis 1F erläutert.A first method according to the invention for producing a solar cell is described below with reference to FIGS 1A to 1F explained.
Bezug
nehmend auf 1A umfasst das Verfahren das
Bereitstellen eines einkristallinen Halbleiterkörpers 100 der eine
p-Grunddotierung aufweist. Der Halbleiterkörper 100 besitzt zwei
gegenüberliegende
Seiten, die nachfolgend als erste und zweite Seiten 101, 102 des
Halbleiterkörpers 100 bezeichnet
werden. Die Dicke des Halbleiterkörpers 100 in vertikaler
Richtung liegt beispielsweise im Bereich von 400 μm.Referring to 1A the method comprises providing a monocrystalline semiconductor body 100 which has a p base doping. The semiconductor body 100 has two opposite sides, hereafter referred to as first and second pages 101 . 102 of the semiconductor body 100 be designated. The thickness of the semiconductor body 100 in the vertical direction is for example in the range of 400 microns.
Bezug
nehmend auf 1B werden unter Verwendung einer
Maske 201 anschließend
Protonen über
die erste Seite 101 in den Halbleiterkörper implantiert. Die Maske 201 ist
beispielsweise eine Metallmaske, die Aussparungen 202 aufweist, über welche
die Protonen in den Halbleiterkörper 100 implantiert
werden. Diese Maske kann während
des Implantationsschrittes beabstandet zu der ersten Seite 101 des
Halbleiterkörpers
angeordnet sein, kann jedoch auch während des Implantationsschrittes
auf der ersten Seite 101 des Halbleiterkörpers aufliegen bzw.
dort aufgebracht sein (nicht dargestellt).Referring to 1B be using a mask 201 then protons on the first page 101 implanted in the semiconductor body. The mask 201 is for example a metal mask, the recesses 202 has, over which the protons in the semiconductor body 100 be implanted. This mask may be spaced apart from the first side during the implantation step 101 however, may also be located during the implantation step on the first side 101 the semiconductor body rest or be applied there (not shown).
Vor
Durchführung
der Protonenbestrahlung kann im Bereich der Vorderseite 101 ein
hoch-n-dotierter Emitter 13 hergestellt werden, der in 1B gestrichelt
dargestellt ist, und der nachfolgend noch erläutert werden wird.Before carrying out the proton irradiation may be in the area of the front 101 a high n-doped emitter 13 be prepared in 1B is shown in dashed lines, and will be explained below.
Die
Protonenimplantation führt
dazu, dass in dem Halbleiterkörper 100 unterhalb
der Bereiche, die durch die Maske 201 nicht abgedeckt sind,
durch die Protonenimplantation Kristalldefekte, wie beispielsweise
Doppelleerstellen, in dem Halbleiterkristall des Halbleiterkörpers 100 hervorgerufen
werden. Bereiche 11' des
Halbleiterkörpers,
in denen solche Kristalldefekte erzeugt werden, werden nachfolgend
als Defektbereiche bezeichnet. Die Abmessungen dieser Defektbereiche 11' in lateraler
Richtung des Halbleiterkörpers 100 sind
durch die Abmessungen der Aussparungen 202 der Maske 201 vorgegeben.The proton implantation causes in the semiconductor body 100 below the areas covered by the mask 201 are not covered, by the proton implantation crystal defects, such as double-generation, in the semiconductor crystal of the semiconductor body 100 be caused. areas 11 ' of the semiconductor body in which such crystal defects are generated are hereinafter referred to as defect areas. The dimensions of these defect areas 11 ' in the lateral direction of the semiconductor body 100 are due to the dimensions of the recesses 202 the mask 201 specified.
Die
Aussparungen 202 der Maske sind beispielsweise schlitzförmig ausgestaltet,
wodurch in Draufsicht betrachtet mehrere streifenförmige, jeweils
parallel zueinander verlaufende Defektbereiche entstehen, wie dies
in 1C dargestellt ist, die einen Querschnitt durch
den Halbleiterkörper
in der in 1B dargestellten Schnittebene
A-A zeigt.The recesses 202 The mask are designed, for example, slit-shaped, whereby viewed in plan view, a plurality of strip-shaped, respectively mutually parallel defect areas arise, as in 1C which is a cross section through the semiconductor body in the in 1B Section shown AA shows.
Alternativ
besteht auch die Möglichkeit,
die Aussparungen der Maske so zu realisieren, dass säulenförmige Defektbereiche 11' entstehen,
wie dies im Ergebnis In 1D dargestellt
ist. Die Aussparungen der Maske – und damit die Geometrie der späteren Defektbereiche – können dabei
insbesondere eine kreisförmige,
eine quadratische oder beliebige mehreckige Geometrie haben.Alternatively, it is also possible to realize the recesses of the mask so that columnar defect areas 11 ' emerge, as in the result In 1D is shown. The recesses of the mask - and thus the geometry of the later defect areas - can in particular have a circular, a square or any polygonal geometry.
Bezugnehmend
auf 1E, besteht außerdem die Möglichkeit,
die Defektbereiche 11' so
zu erzeugen, dass sie in einer parallel zu der ersten und zweiten
Seite 101, 102 verlaufenden Schnittebene gitterförmig ausgebildet
sind. 1E zeigt ein Beispiel mit quadratischen
Gitterzwischenräumen. Selbstverständlich sind
jedoch gitterförmig
angeordnete Defektbereiche mit beliebigen Geometrien der Gitterzwischenräume anwendbar.Referring to 1E , There is also the possibility of the defect areas 11 ' so as to produce them in a parallel to the first and second side 101 . 102 extending cutting plane are formed lattice-shaped. 1E shows an example with square grid spaces. Of course, however, lattice-shaped defect regions with arbitrary geometries of the interstices are applicable.
Die
Tiefe der Defektbereiche 11',
d. h. deren Ausdehnung in vertikaler Richtung des Halbleiterkörpers 100 ausgehend
von der ersten Seite 101, ist abhängig von der Implantationsenergie,
mit der die Protonen in den Halbleiterkörper implantiert werden. Die Defektbereiche 11' werden vorzugsweise
so erzeugt, dass deren Tiefe ausgehend von der ersten Seite 101 einem
Wert entspricht, der mindestens der Summe aus der Eindringtiefe
des bei Betrieb der Solarzelle über
die erste Seite 101 eingestrahlten Lichts und der Diffusionslänge der
Minoritätsladungsträger entspricht.
Vorzugsweise beträgt
die Tiefe der Defektbereiche mindestens das Doppelte dieser Summe.The depth of the defect areas 11 ' , ie their extension in the vertical direction of the semiconductor body 100 starting from the first page 101 , is dependent on the implantation energy with which the protons are implanted into the semiconductor body. The defect areas 11 ' are preferably generated so that their depth from the first side 101 corresponds to a value that is at least the sum of the penetration depth of when operating the solar cell on the first page 101 incident light and the diffusion length of the minority carrier corresponds. Preferably, the depth of the defect areas is at least twice this sum.
Die
Protonen, die in den Halbleiterkörper
implantiert werden, lagern sich größtenteils im sogenannten End-Of-Range-Bereich
der Protonenimplantation an, während
sich die Defekte über
den gesamten durch die Protonen durchstrahlten Bereich erstrecken.
Um eine gleichmäßigere Protonenverteilung – und damit
eine gleichmäßigere spätere Dotierung – innerhalb
des Defektbereiches 11' zu
erreichen, besteht die Möglichkeit
mehrere Implantationsschritte mit unterschiedlichen Implantationsenergien
durchzuführen.
Die Implantationsenergien liegen beispielsweise im Bereiche zwischen
0,5 MeV und 10 MeV.The protons that are implanted in the semiconductor body mostly deposit in the so-called end-of-range region of the proton implantation, while the defects extend over the entire area through which the protons pass. For a more even proton distribution - and thus a more even later doping - within the defect area 11 ' To reach, it is possible to perform several implantation steps with different implantation energies. The implantation energies are for example in the range between 0.5 MeV and 10 MeV.
An
die Protonenimplantation schließt
sich ein Ausheilschritt an, bei dem der Halbleiterkörper wenigstens
im Bereich der Defektbereiche 11' aufgeheizt wird und dessen Temperatur
und Dauer so gewählt
sind, dass aus den durch die Protonenimplantation hervorgerufenen
Kristalldefekten und den implantierten Protonen n-dotierende Komplexe,
sogenannte wasserstoffinduzierte Donatoren, entstehen. Die Defektbereiche 11' (1B)
werden so in eine Anzahl beabstandet zueinander angeordneter n-dotierter
Halbleiterzonen 11 umgewandelt, die sich ausgehend von
der ersten Seite 101 in vertikaler Richtung in den Halbleiterkörper 100 hineinerstrecken. 1F zeigt
den Halbleiterkörper 100 nach
Durchführung
dieses Ausheilschrittes.The proton implantation is followed by an annealing step in which the semiconductor body is at least in the region of the defect regions 11 ' is heated and whose temperature and duration are chosen so that from the caused by the proton implantation crystal defects and the implanted protons n-doping complexes, so-called hydrogen-induced donors arise. The defect areas 11 ' ( 1B ) are thus formed into a number of spaced apart n-doped semiconductor regions 11 converted, starting from the first page 101 in the vertical direction in the semiconductor body 100 hineinerstrecken. 1F shows the semiconductor body 100 after performing this annealing step.
Die
Temperatur während
des Ausheilschrittes liegt zwischen 250°C und 550°C, vorzugsweise zwischen 400°C und 500°C. Die Dauer
des Ausheilschrittes liegt zwischen 30 Minuten und 10 Stunden, vorzugsweise
zwischen 2 und 5 Stunden.The
Temperature during
the annealing step is between 250 ° C and 550 ° C, preferably between 400 ° C and 500 ° C. The duration
the annealing step is between 30 minutes and 10 hours, preferably
between 2 and 5 hours.
Die
Temperaturen während
des Ausheilschrittes sind vorzugsweise so gewählt, dass in Richtung der ersten
Seite 101 eine Diffusion der Protonen innerhalb der Defektbereiche
erfolgen kann, wodurch die Dotierung nicht auf den End-Of-Range-Bereich der Bestrahlung
beschränkt
ist. Hierdurch kann sich bei geeigneter Wahl der Ausheiltemperatur,
z.B. 500°C,
und der Ausheildauer, z.B. einige Stunden, in vertikaler Richtung
des Halbleiterkörpers 100 über weite
Bereiche ein annähernd
homogenes Dotierprofil in den protonenbestrahlten Defektbereichen
ausbilden, ohne dass eine Vielzahl von Implantationsschritten mit
unterschiedlichen Implantationsenergien erforderlich ist, d.h. vorzugsweise
ist eine Implantationsenergie ausreichend. Die resultierende Dotierung
ist hierbei umso homogener je länger
die Ausheildauer ist.The temperatures during the annealing step are preferably chosen so that in the direction of the first page 101 a diffusion of the protons can take place within the defect areas, whereby the doping is not limited to the end-of-range region of the irradiation. As a result, with a suitable choice of the annealing temperature, for example 500 ° C., and the annealing time, for example a few hours, in the vertical direction of the semiconductor body 100 Form over wide areas an approximately homogeneous doping profile in the proton-irradiated defect areas, without a large number of implantation steps with different implantation energies being required, ie preferably an implantation energy is sufficient. The resulting doping is the more homogeneous the longer the annealing time.
Ein
positiver Effekt einer Ausheilung bei Temperaturen oberhalb von
450°C besteht
darin, dass durch die Bestrahlung hervorgerufene rekombinationswirksame
Defekte – wie
z.B. Doppelleerstellen oder Leeerstellen-Sauerstoff-Komplexe – bei diesen
Temperaturen weitgehend ausgeheilt werden, wodurch die durch die
Bestrahlung zunächst
abgesenkte Diffusionslänge
in den protonenbestrahlten Gebieten wieder zunimmt.One
positive effect of annealing at temperatures above
450 ° C exists
in that by the irradiation caused recombination-effective
Defects - like
e.g. Duplicate or quiescent oxygen complexes - in these
Temperatures are largely cured, causing the by the
Irradiation first
lowered diffusion length
in the proton irradiated areas increases again.
Die
Abmessungen der n-dotierten Halbleiterzonen 11 entsprechen
damit weitgehend den Abmessungen der Defektbereiche 11', die über die
Abmessungen der Maskenaussparungen 202 und die Implantationsenergie
einstellbar sind. Da die Abmessungen der n-dotierten Halbleiterzonen 11 aus
den erläuterten
Gründen
in horizontaler Richtung des Halbleiterkörpers vergleichsweise exakt
einstellbar sind, und da sich Donatoren nur dort bilden, wo sowohl
bestrahlungsbedingte Defekte als auch Wasser stoffatome vorhanden
sind, wodurch die Grenzen der n-dotierten
Gebiete 11 immer weitgehend parallel zu der Bestrahlungsrichtung
verlaufen und deren laterale Ausdehnung während der Temperung nicht zunimmt, besteht
mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens die
Möglichkeit,
sehr schmale n-dotierte
Halbleiterzonen 11 mit geringem gegenseitigen Abstand herzustellen,
um dadurch innerhalb des Volumens des Halbleiterkörpers 11 eine
große
Fläche
des pn-Übergangs
zwischen den n-dotierten Halbleiterzonen 11 und den die
Grunddotierung des Halbleiterkörpers aufweisenden
Bereichen 12 zu erreichen, und insbesondere die Entfernung,
die durch Licht erzeugte freie Ladungsträger in der Solarzelle zurücklegen müssen bis
sie eine Raumladungszone erreichen, zu minimieren.The dimensions of the n-doped semiconductor zones 11 thus largely correspond to the dimensions of the defect areas 11 ' beyond the dimensions of the mask recesses 202 and the implantation energy are adjustable. As the dimensions of the n-doped semiconductor zones 11 For the reasons explained in the horizontal direction of the semiconductor body are relatively precisely adjustable, and because donors form only where both radiation-induced defects and hydrogen atoms are present, whereby the limits of the n-doped regions 11 always extend substantially parallel to the direction of irradiation and their lateral extent does not increase during annealing, there is the possibility of very narrow n-doped semiconductor zones by means of the method according to the invention 11 with little mutual distance to thereby within the volume of the semiconductor body 11 a large area of the pn junction between the n-type semiconductor regions 11 and the basic doping of the semiconductor body having areas 12 and, in particular, to minimize the distance that light-generated free carriers must travel in the solar cell until they reach a space-charge zone.
Die
p-Grunddotierung des Halbleiterkörpers 100 liegt
beispielsweise im Bereich zwischen 1015 cm–3 und
1016 cm–3.
Die Dotierungskonzentration der n-dotierten Halbleiterzonen 11 ist
abhängig
von der Implantationsdosis, mit welcher die Protonen in den Halbleiterkörper implantiert
werden. Diese Implantationsdosis ist beispielsweise so gewählt, dass
die n-Dotierung dieser Halbleiterzonen 11 zwischen 2·1015 cm–3 und 2·1016 cm–3 liegt, woraus eine
n-Nettodotierung dieser Halbleiterzonen 11 zwischen 1015 cm–3 und 1016 cm–3 resultiert.The p-type fundamental doping of the semiconductor body 100 is for example in the range between 10 15 cm -3 and 10 16 cm -3 . The doping concentration of the n-doped semiconductor zones 11 depends on the implantation dose with which the protons are implanted into the semiconductor body. This implantation dose is selected, for example, such that the n-doping of these semiconductor zones 11 between 2 × 10 15 cm -3 and 2 × 10 16 cm -3 , resulting in an n-type doping of these semiconductor zones 11 between 10 15 cm -3 and 10 16 cm -3 results.
Die
Solarzelle wird Bezug nehmend auf 1G vervollständigt durch
einen n-dotierten Emitter 13, an den sich die n-dotierten Halbleiterzonen 11 anschließen und
der in dem Beispiel im Bereich der Vorderseite 101 angeordnet
ist. Die Herstellung dieser n-dotierten Emitterzone 13 kann
in bekannter Weise beispielsweise durch Eindiffusion von n-Dotierstoffatomen über die
erste Seite 101 erfolgen. Die Dotierungskonzentration dieses
n-dotierten Emitters 13 ist höher als die der n-dotierten
Halbleiterzonen 11 und liegt beispielsweise im Bereich
von 8·1019 cm–3. Der n-Emitter 11 kann
außer
durch eine Eindiffusion von n-Dotierstoffatomen auch durch eine
Implantation von Dotierstoffatomen und einen nachfolgenden Temperschritt
zur Aktivierung und gegebenenfalls Eindiffusion der implantierten
Dotierstoffe erfolgen. Sowohl bei einem Diffusionsverfahren als
auch bei einem Implantationsverfahren zur Herstellung des n-Emitters 13 können Temperaturen
auftreten, die höher
sind als die während
des Ausheilschrittes zur Herstellung der n-Halbleiterzonen 11 angewendeten Temperaturen.
Um negative Auswirkungen dieser höheren Temperaturen auf die
n-Halbleiterzonen 11 – insbesondere
eine Degradierung der n-dotierenden Komplexe – zu vermeiden, erfolgt die
Herstellung des n-Emitters 13 wie bereits im Zusammenhang
mit 1A erläutert,
vor Herstellung der n-Halbleiterzonen 11.
Die zuvor anhand von 1B erläuterte Protonenimplantation
erfolgt dann durch die bereits im Bereich der ersten Seite 101 hergestellte
n-Emitterzone 13 hindurch.The solar cell is referred to 1G completed by an n-doped emitter 13 , to which the n-doped semiconductor zones 11 connect and in the example in the area of the front 101 is arranged. The preparation of this n-doped emitter zone 13 can in known manner, for example by diffusion of n-dopant atoms on the first page 101 respectively. The doping concentration of this n-doped emitter 13 is higher than that of the n-type semiconductor regions 11 and is for example in the range of 8 × 10 19 cm -3 . The n-emitter 11 can be done except by an in-diffusion of n-type dopant atoms also by an implantation of dopant atoms and a subsequent annealing step for the activation and optionally diffusion of the implanted dopants. Both in a diffusion method and in an implantation method for producing the n-type emitter 13 Temperatures may be higher than those during the annealing step for producing the n-type semiconductor regions 11 applied temperatures. To negative effects of these higher temperatures on the n-type semiconductor zones 11 - In particular, a degradation of the n-doping complexes - to avoid the production of the n-type emitter 13 as already related to 1A explained, before manufacturing the n-type semiconductor zones 11 , The previously based on 1B explained proton implantation then takes place through the already in the Area of the first page 101 manufactured n-emitter zone 13 therethrough.
Der
n-Emitter 13 wird durch eine Anschlusselektrode 21,
die beispielsweise aus einem Metall besteht, kontaktiert. Diese
Anschlusselektrode 21 wird nach Herstellung des n-Emitters 13 auf
die erste Seite 101 des Halbleiterkörpers 100 aufgebracht.
Wenn der n-Emitter 13 vor der Durchführung der Protonenbestrahlung
hergestellt wird, kann die Herstellung der Anschlusselektrode 21 sowohl
vor der Protonenbestrahlung als auch nach der Protonenbestrahlung
erfolgen. Im ersten Fall erfolgt die Protonenbestrahlung dann (nicht
näher dargestellt)
maskiert durch die Maske 201 und durch die Metallisierung
der Anschlusselektrode hindurch.The n-emitter 13 is through a connection electrode 21 , which consists for example of a metal, contacted. This connection electrode 21 becomes after production of the n-emitter 13 on the first page 101 of the semiconductor body 100 applied. If the n-emitter 13 Before the proton irradiation is carried out, the preparation of the connection electrode 21 both before the proton irradiation and after the proton irradiation. In the first case, the proton irradiation then occurs (not shown in detail) masked by the mask 201 and through the metallization of the terminal electrode.
Im
Bereich der der ersten Seite 101 gegenüberliegenden zweiten Seite 102 wird
vorzugsweise ein p-dotierter Emitter 14 hergestellt, der
durch eine weitere Anschlusselektrode 22 kontaktierbar
ist. Dieser p-Emitter 14 dient im Wesentlichen dazu, einen ohmschen
Kontakt zwischen der Anschlusselektrode 22 und den die
p-Grunddotierung aufweisenden Bereichen 12 des Halbleiterkörpers 100 herzustellen. Die
Herstellung des p-Emitters 14 kann
entsprechend des n-Emitters 13 durch Eindiffusion oder durch
Implantation von p-Dotierstoffatomen über die zweite Seite 102 des
Halbleiterkörpers 100 erfolgen. Die Dotierungskonzentration
im Bereich des p-Emitters 14 liegt beispielsweise zwischen
einigen 1016 cm–3 und
1019 cm–3.
Die Herstellung des p-Emitters 14 kann in nicht näher dargestellter
Weise vor der Herstellung der n-dotierten Halbleiterzonen 11 erfolgen, kann
aber auch nach der Herstellung dieser n-Zonen erfolgen. Voraussetzung für die Herstellung
des p-Emitters 14 nach
Herstellung der n-Zonen 11 ist, dass Aktivierungs- oder
Ausheiltemperaturen, auf welche der Halbleiterkörper 100 bei Herstellung
des p-Emitters aufgeheizt wird, unterhalb von ca. 550°C liegen.
Andernfalls, d.h. bei Temperaturen oberhalb 550°C, würden die durch die Protonenbestrahlung und
den Ausheilschritt erzeugten n-dotierenden Komplexe der n-Zonen 11 aufgelöst.In the area of the first page 101 opposite second side 102 is preferably a p-doped emitter 14 made by another connecting electrode 22 is contactable. This p-emitter 14 essentially serves to make an ohmic contact between the terminal electrode 22 and the areas having the p base doping 12 of the semiconductor body 100 manufacture. The production of the p-emitter 14 can according to the n-emitter 13 by in-diffusion or by implantation of p-type dopant atoms over the second side 102 of the semiconductor body 100 respectively. The doping concentration in the region of the p-emitter 14 is for example between a few 10 16 cm -3 and 10 19 cm -3 . The production of the p-emitter 14 can in a manner not shown before the production of the n-doped semiconductor regions 11 but can also be done after the production of these n-zones. Prerequisite for the production of the p-emitter 14 after production of the n-zones 11 is that activation or annealing temperatures to which the semiconductor body 100 heated when producing the p-type emitter, below about 550 ° C. Otherwise, ie at temperatures above 550 ° C, the n-type complexes produced by the proton irradiation and the annealing step would become the n-type zones 11 dissolved.
Die
mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens
hergestellte Solarzelle mit dem im Bereich der ersten Seite 101 angeordneten
n-Emitter 13 und den sich ausgehend von diesem n-Emitter 13 in
vertikaler Richtung in den Halbleiterkörper 100 hineinerstreckenden
n-dotierten Halbleiterzonen 11 weist innerhalb des Volumens
des Halbleiterkörpers 100 einen großflächigen pn-Übergang
und damit bei einer gegebenen Lichteinstrahlung eine hohe Stromergiebigkeit
auf. Die Lichteinstrahlung in die Solarzelle erfolgt vorzugsweise über die
erste Seite 101, wobei sowohl die Anschlusselektrode 21 als
auch der n-Emitter 13 so dimensioniert sind, dass Photonen
in die die Grunddotierung aufweisenden Abschnitte 12 des Halbleiterkörpers 100 gelangen
können
und dort Elektronen-Loch-Paare erzeugen können. Diese Elektronen-Loch-Paare
diffundieren in beliebige Richtungen innerhalb des Halbleiterkörpers 100.
Die n-dotierten
Halbleiterzonen 11 werden vorzugsweise so hergestellt,
dass der gegenseitige Abstand zweier solcher Zonen 11 geringer
ist, als die Diffusionslänge von
Minoritätsladungsträgern, im
vorliegenden Fall Elektronen, innerhalb der die Grunddotierung aufweisenden
Bereiche 12 des Halbleiterkörpers 100. Besonders
bevorzugt ist der gegenseitige Abstand zweier solcher Zonen 11 kleiner
oder gleich der 0,25-fachen Diffusionslänge der Minoritätsladungsträger, d.h.
typische Abstände liegen
im Bereich von weniger als 100 μm
bei Verwendung von Silizium. Die Wahrscheinlichkeit für ein Elektronen-Loch-Paar
in das elektrische Feld einer sich am pn-Übergang ausbildenden Raumladungszone
(nicht dargestellt) zu gelangen, ist gegenüber Solarzellen ohne solche sich
in vertikaler Richtung erstreckende Halbleiterzonen 11 dadurch
erhöht,
wodurch die Rekombinationswahrscheinlichkeit bei der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren
hergestellten Solarzelle verringert ist.The solar cell produced by means of the method according to the invention with that in the region of the first page 101 arranged n-emitter 13 and starting from this n-emitter 13 in the vertical direction in the semiconductor body 100 extending n-doped semiconductor zones 11 points within the volume of the semiconductor body 100 a large-area pn junction and thus a high current yield on a given light irradiation. The light radiation into the solar cell preferably takes place via the first side 101 , where both the connection electrode 21 as well as the n-emitter 13 are dimensioned so that photons in the Grunddotierung having sections 12 of the semiconductor body 100 can reach and generate electron-hole pairs there. These electron-hole pairs diffuse in arbitrary directions within the semiconductor body 100 , The n-doped semiconductor zones 11 are preferably made so that the mutual distance between two such zones 11 is less than the diffusion length of minority carriers, in the present case electrons, within the fundamental doped regions 12 of the semiconductor body 100 , Particularly preferred is the mutual distance between two such zones 11 less than or equal to 0.25 times the diffusion length of the minority carriers, ie typical distances are in the range of less than 100 microns when using silicon. The probability of an electron-hole pair entering the electric field of a space charge zone (not shown) forming at the pn junction is opposite to solar cells without such vertically extending semiconductor zones 11 thereby increasing, whereby the recombination probability is reduced in the solar cell produced by the method according to the invention.
Das
erfindungsgemäße Verfahren
ermöglicht
die Herstellung n-dotierter
Halbleiterzonen 11 mit geringen Abmessungen in horizontaler
Richtung, es ermöglicht
insbesondere die Herstellung in horizontaler Richtung des Halbleiterkörpers durchgehender
n-dotierter Halbleiterzonen 11 mit in horizontaler Richtung
geringen Abmessungen. Hieraus resultiert bezogen auf ein gegebenes
Volumen des Halbleiterkörpers 100 eine
im Vergleich zu bisherigen Solarzellen vergrößerte Fläche des pn-Übergangs
und eine geringere Entfernung, die durch Licht erzeugte freie Ladungsträger in der
Solarzelle zurücklegen
müssen bis
sie eine Raumladungszone erreichen, und dadurch eine erhöhte Stromergiebigkeit
und somit eine erhöhte
Effizienz der Solarzelle.The method according to the invention enables the production of n-doped semiconductor zones 11 with small dimensions in the horizontal direction, it allows in particular the production in the horizontal direction of the semiconductor body of continuous n-doped semiconductor zones 11 with small dimensions in the horizontal direction. This results in relation to a given volume of the semiconductor body 100 a larger compared to previous solar cell surface of the pn junction and a shorter distance that have to travel through light generated free charge carriers in the solar cell until they reach a space charge zone, and thereby increased Stromergiebigkeit and thus increased efficiency of the solar cell.
Das
erfindungsgemäße Verfahren
eignet sich insbesondere zur Herstellung einer Solarzelle, bei der
der sogenannte "Impurity
Photovoltaic Effect (IPV)" zur
Erhöhung
der Effizienz der Solarzelle genutzt wird. Bei solchen Solarzellen
werden zusätzliche
Energieniveaus für
die Erzeugung von Ladungsträgerpaaren
geschaffen, indem geeignete Störstellen
in das Kristallgitter des Halbleiterkörpers eingebracht werden. Durch
die Störstellen
wird eine Mehrfachstufenanregung ermöglicht, was gleichbedeutend
damit ist, dass Photonen, deren Energie geringer ist als der Bandabstand
des verwendeten Halbleitermaterials – üblicherweise Silizium – zur Erzeugung von
Ladungsträgerpaaren
beitragen können.
Diese Photonen würden
andernfalls ungenutzt transmittiert und nicht zur Stromerzeugung
beitragen. Die definiert eingebrachten Störstelle wirken allerdings auch als
Rekombinationszentren, die zu einer Erhöhung der Rekombinationswahrscheinlichkeit
führen.
Dieser erhöhten
Rekombinationswahrscheinlichkeit wirkt hingegen der geringe Abstand
der n-dotierten Zonen 11 entgegen. Bei einem ausreichend
geringen Abstand der n-Zonen 11 können mehrere geeignete Energieniveaus
innerhalb der Bandlücke
des verwendeten Halbleitermaterials erzeugt werden, um somit die
Effizienz der Solarzelle weiter zu steigern.The inventive method is particularly suitable for the production of a solar cell, in which the so-called "Impurity Photovoltaic Effect (IPV)" is used to increase the efficiency of the solar cell. In such solar cells additional energy levels for the generation of carrier pairs are created by suitable impurities are introduced into the crystal lattice of the semiconductor body. The impurities enable multi-stage excitation, which is equivalent to photons whose energy is less than the band gap of the semiconductor material used - usually silicon - can contribute to the generation of pairs of charge carriers. Otherwise these photons would be transmitted unused and would not contribute to power generation. The defined impurity introduced, however, also act as recombination centers, which lead to an increase in the recombination probability. This increased recombination probability In contrast, the small spacing of the n-doped zones acts 11 opposite. With a sufficiently small distance of the n-zones 11 For example, several suitable energy levels can be generated within the bandgap of the semiconductor material used, thus further increasing the efficiency of the solar cell.
Bezug
nehmend auf 2, die eine weitere nach dem
erfindungsgemäßen Verfahren
hergestellte Solarzelle zeigt, besteht auch die Möglichkeit,
die n-dotierten Halbleiterzonen 11 so zu erzeugen, dass sich
diese unter einem Winkel a ungleich 90° bezogen auf die erste Seite 101 in
den Halbleiterkörper 100 hineinerstrecken.
Die Herstellung solcher schräg verlaufender
n-dotierter Halbleiterzonen 11 kann dadurch erfolgen, dass
die anhand von 1B erläuterte Protonenimplantation
derart erfolgt, dass die Protonen nicht senkrecht sondern unter
dem Winkel a über
die erste Seite 101 in den Halbleiterkörper implantiert werden.Referring to 2 which shows a further solar cell produced by the method according to the invention, it is also possible, the n-doped semiconductor zones 11 be generated so that these at an angle a not equal to 90 ° with respect to the first page 101 in the semiconductor body 100 hineinerstrecken. The production of such oblique n-doped semiconductor zones 11 can be done by the basis of 1B explained proton implantation is such that the protons not perpendicular but at the angle a on the first page 101 be implanted in the semiconductor body.
3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer
durch das erfindungsgemäße Verfahren
hergestellten Solarzelle. 3A zeigt
dabei eine ausschnittsweise eine Draufsicht auf die erste 101 des Halbleiterkörpers 100,
die 3B und 3C zeigen
Querschnitte in den in 3A dargestellten Schnittebenen
C-C und D-D. 3 shows a further embodiment of a solar cell produced by the inventive method. 3A shows a detail of a plan view of the first 101 of the semiconductor body 100 , the 3B and 3C show cross sections in the in 3A shown cutting planes CC and DD.
Bei
diesem Bauelement sind die n-dotierten Halbleiterzonen 11,
die sich in den Halbleiterkörper 100 ausgehend
von der ersten Seite 101 hinein erstrecken, als parallel
zueinander verlaufende Zonen ausgebildet. Die Herstellung solcher
Zonen 11 erfolgt beispielsweise unter Anwendung des unter
Bezugnahme auf 1C erläuterten Verfahrens. Der n-Emitter 13 ist
bei diesem Bauelement im Bereich der ersten Seite 101 angeordnet
und durch eine oder durch mehrere parallel verlaufende streifenförmig ausgebildete
stark n-dotierte Halbleiterzonen gebildet. Der n-Emitter verläuft in horizontaler
Richtung senkrecht zu den n-Halbleiterzonen 11 und kontaktiert
dadurch diese n-Halbleiterzonen 11. Bedingt durch die streifenförmige Realisierung
reichen Abschnitte 12 des Halbleiterkörpers 100, die die p-Grunddotierung
aufweisen bis an die Vorderseite des Halbleiterkörpers 100.In this device, the n-type semiconductor regions 11 that are in the semiconductor body 100 starting from the first page 101 extend into formed as parallel to each other zones. The production of such zones 11 for example, using the reference to 1C explained method. The n-emitter 13 is in the area of the first page in this device 101 arranged and formed by one or more parallel stripe-shaped formed heavily n-doped semiconductor regions. The n-emitter runs in a horizontal direction perpendicular to the n-semiconductor zones 11 and thereby contacts these n-type semiconductor regions 11 , Due to the strip-like realization, sections are sufficient 12 of the semiconductor body 100 having the p base doping to the front of the semiconductor body 100 ,
Die
Geometrie der den n-Emitter 13 kontaktierenden Anschlusselektrode 21 ist
an die Geometrie des n-Emitters 13 angepasst, so dass die
Bereiche der Vorderseite 101, in denen die p-Zonen 12 bis an
die Vorderseite 101 reichen, nicht von der Anschlusselektrode 21 überdeckt
sind. Dies erleichtert den Lichteinfall in den Bereichen, die nicht
von der Anschlusselektrode 21 überdeckt sind. In diesem Zusammenhang
sei darauf hingewiesen, dass der Halbleiterkörper 100 der fertiggestellten
Solarzelle von einer Passivierungsschicht umgeben sein kann, die aus
Gründen
der Übersichtlichkeit
jedoch nicht dargestellt ist.The geometry of the n-emitter 13 contacting terminal electrode 21 is due to the geometry of the n-type emitter 13 adjusted so that the areas of the front 101 in which the p-zones 12 to the front 101 range, not from the connection electrode 21 are covered. This facilitates the incidence of light in the areas that are not from the terminal electrode 21 are covered. In this context, it should be noted that the semiconductor body 100 the finished solar cell may be surrounded by a passivation layer, which is not shown for reasons of clarity.
Die
zuvor erläuterte
Realisierung eines die n-Halbleiterzonen 11 nur abschnittsweise
kontaktierenden n-Emitters ist auch bei n-Halbleiterzonen, die eine
gitterförmige
Struktur bilden und deren Herstellung anhand von 1E erläutert wurde,
anwendbar. Da die n-Halbleiterzonen 11 in diesem Fall ein
zusammenhängendes
n-Gebiet bilden, kann der n-Emitter in diesem Fall "inselförmig" realisiert sein, der
die n-Zonen nur an einigen Stellen kontaktiert. 4 zeigt
eine solche Solarzelle mit einem inselartigen n-Emitter 13 in
Draufsicht. Der n-Emitter 13 kann aber auch sowohl bei
der streifenförmigen
als auch bei der gitterförmigen
Struktur der n-Zonen 11 oberflächennah in den Bereichen angeordnet
sein, in denen die n-Zonen 11 an
die Halbleiteroberfläche
angrenzen, d.h. in diesem Fall weist der n-Emitter 13 im wesentlichen
dasselbe Design in lateraler Richtung wie die n-Zonen 11 auf.The previously explained realization of one of the n-type semiconductor zones 11 only partially contacting n-type emitter is also in n-type semiconductor zones, which form a lattice-shaped structure and their preparation based on 1E has been explained. Because the n-type semiconductor zones 11 In this case, the n-emitter in this case can be made "island-shaped", which contacts the n-zones only in some places. 4 shows such a solar cell with an island-like n-emitter 13 in plan view. The n-emitter 13 but can also be both in the strip-shaped and in the grid-like structure of the n-zones 11 be located near the surface in the areas where the n-zones 11 adjacent to the semiconductor surface, that is, in this case, the n-type emitter 13 essentially the same design in the lateral direction as the n-zones 11 on.
Der
n-Emitter 13 hat bei allen zuvor erläuterten Ausführungsbeispielen
insbesondere die Aufgabe, für
einen niedrigen Kon taktwiderstand zwischen den die Elektronen in
der Solarzelle aufnehmenden n-Halbleiterzonen 11 und der
Anschlusselektrode 21 zu sorgen. Bei Realisierungsformen,
bei denen mehrere beabstandet zueinander angeordnete n-Halbleiterzonen
vorhanden sind, dient der Emitter außerdem als "Verbindungszone" zwischen den einzelnen n-Zonen 11.The n-emitter 13 has in all previously described embodiments, in particular the task for a low Kon contact resistance between the electrons in the solar cell receiving n-type semiconductor zones 11 and the connection electrode 21 to care. In embodiments in which a plurality of n-type semiconductor regions arranged at a distance from one another are present, the emitter also serves as a "connection zone" between the individual n-zones 11 ,
5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer
durch das erfindungsgemäße Verfahren
hergestellten Solarzelle. Die n-Halbleiterzonen 11 sind
bei diesem Bauelement streifenförmig
ausgebildet und reichen bis zu einer senkrecht zu der ersten und zweiten
Seite 101, 102 verlaufenden Randseite 103 des
Halbleiterkörpers 100.
Der n-Emitter 13 ist bei diesem Bauelement im Bereich dieser
Randseite angeordnet, endet in vertikaler Richtung jedoch oberhalb
des p-Emitters 14. Der n-Emitter 13 erfüllt bei diesem
Bauelement die Funktion ebenfalls die Funktion einer die einzelnen
n-Halbleiterzonen verbindenden und an die Anschlusselektrode 21 anschließenden Verbindungszone.
Die Anschlusselektrode 21 kann dabei auf die Randseite 103 aufgebracht
sein, kann jedoch auch so angeordnet sein, dass sie den n-Emitter
an der ersten Seite kontaktiert (nicht dargestellt). 5 shows a further embodiment of a solar cell produced by the inventive method. The n-type semiconductor zones 11 are strip-shaped in this device and reach up to a perpendicular to the first and second sides 101 . 102 extending edge side 103 of the semiconductor body 100 , The n-emitter 13 is arranged at this component in the region of this edge side, but ends in the vertical direction above the p-type emitter 14 , The n-emitter 13 In this component, the function likewise fulfills the function of connecting the individual n-type semiconductor zones and to the connection electrode 21 subsequent connection zone. The connection electrode 21 can be on the edge side 103 but may also be arranged to contact the n-type emitter on the first side (not shown).
Anhand
der 6A bis 6D wird
nachfolgend ein weiteres erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung
einer Solarzelle mit einer Anzahl beabstandet zueinander angeordneter
n-dotierter Halbleiterzonen
erläutert.Based on 6A to 6D In the following, a further method according to the invention for producing a solar cell with a number of spaced-apart n-doped semiconductor zones will be explained.
Bezug
nehmend auf 6A werden bei diesem Verfahren
Protonen unter Anwendung unterschiedlicher Implantationsenergien
unmaskiert über die
erste Seite 101 in den Halbleiterkörper 100 implantiert.
Mit dem Bezugszeichen 31' sind
in 3A die End-Of-Range-Bereiche dieser Protonenimplantation
bezeichnet, also die Defektbereiche, in denen durch die Bestrahlung
hervorgerufene Kristalldefekte in höchster Konzentration vorhanden
sind und in denen die durch die Bestrahlung implantierten Protonen eingelagert
sind. Der Abstand dieser Defektbereiche 31' zu der ersten Seite 101 des
Halbleiterkörpers
und der gegenseitige Abstand zweier solcher Defektbereiche 31' ist abhängig von
der Implantationsenergie, mit der die Protonen in den Halbleiterkörper 100 implantiert
werden.Referring to 6A In this process protons are unmasked using different implantation energies the first page 101 in the semiconductor body 100 implanted. With the reference number 31 ' are in 3A The end-of-range regions of this proton implantation, ie the defect areas in which the crystal defects caused by the irradiation are present in the highest concentration and in which the protons implanted by the irradiation are incorporated. The distance of these defect areas 31 ' to the first page 101 the semiconductor body and the mutual distance between two such defect areas 31 ' depends on the implantation energy with which the protons in the semiconductor body 100 be implanted.
An
diese Protonenimplantation schließt sich ein Ausheilschritt
an. Durch diesen Ausheilschritt werden wasserstoffinduzierte Donatoren
in den Defektbereichen 31',
in denen sowohl hochkonzentriert Kristalldefekte als auch Protonen
vorhanden sind, gebildet und Kristalldefekte in den durch die Protonen durchstrahlten
Bereichen, in denen sich jedoch keine oder nur relativ wenige Protonen
eingelagert haben, werden weitgehend ausgeheilt. Durch diesen Ausheilschritt
werden die Defektbereiche 31' in
n-dotierte Halbleiterzonen 31, die parallel zu der ersten
Seite 101 verlaufen, umgewandelt. 6B zeigt
den Halbleiterkörper 100 nach
Durchführung
dieses Ausheilschrittes. Bei diesem Verfahren dürfen sich die n-dotierten Zonen 31 in
vertikaler Richtung nicht so weit ausdehnen, dass sie zusammenwachsen,
da sonst die p-dotierten Zwischenzonen 12 verschwinden würden. Die
Ausdehnung der n-dotierten
Zonen 31 in vertikaler Richtung des Halbleiterkörpers 100 kann über die
Dauer und die Temperatur des Ausheilschrittes eingestellt werden.
Die Temperatur und/oder die Dauer des Ausheilschrittes sind dabei
vorzugsweise so gewählt,
dass sie deutlich kleiner bzw. deutlich kürzer sind als bei dem anhand
von 1 erläuterten Verfahren, bei dem
eine möglichst
homogen dotierte vertikale n-Zone 11 – Idealerweise unter Verwendung nur
eines Implantationsschrittes mit einer Implantationsenergie – erreicht
werden soll.This proton implantation is followed by an annealing step. This annealing step causes hydrogen-induced donors in the defect areas 31 ' , in which both highly concentrated crystal defects and protons are present, formed and crystal defects in the irradiated by the protons areas in which, however, no or only a relatively few protons have embedded, are largely healed. This annealing step becomes the defect areas 31 ' in n-doped semiconductor zones 31 parallel to the first page 101 lost, converted. 6B shows the semiconductor body 100 after performing this annealing step. In this process, the n-doped zones may 31 in the vertical direction do not expand so much that they grow together, otherwise the p-doped intermediate zones 12 would disappear. The extent of the n-doped zones 31 in the vertical direction of the semiconductor body 100 can be set over the duration and temperature of the annealing step. The temperature and / or the duration of the annealing step are preferably chosen so that they are significantly smaller or significantly shorter than in the case of 1 explained method in which a homogeneously doped vertical n-zone 11 - Ideally using only one implantation step with an implantation energy - to be achieved.
Für die Grunddotierung
des Halbleiterkörpers 100 und
die Dotierung der durch die Protonenimplantation und den anschließenden Ausheilschritt erzeugten
n-dotierten Halbleiterzonen 31 gelten entsprechend die
für das
Verfahren gemäß 1 gemachten Angaben.For the basic doping of the semiconductor body 100 and the doping of the n-doped semiconductor zones produced by the proton implantation and the subsequent annealing step 31 apply in accordance with the procedure for 1 information provided.
Die
Herstellung der Solarzelle umfasst bezugnehmend auf 6C außer der
Herstellung der n-dotierten Halbleiterzonen 31, die jeweils
beabstandet zu der ersten Seite 101 angeordnet sind und
die im Wesentlichen parallel zu dieser ersten Seite 101 verlaufen,
die Herstellung wenigstens einer n-dotierten Verbindungszone 32,
die die einzelnen vergrabenen n-Halbleiterzonen 31 miteinander
verbindet. Diese Verbindungszone 32 kann vor der Herstellung
der n-Zonen 31 oder – wie
nachfolgend erläutert – auch nach
der Herstellung der n-Zonen 31 erfolgen. Die Möglichkeit
einer Herstellung der Verbindungszone 31 nach Herstellung
der n-Zonen 31 ist maßgeblich davon
abhängig,
welche Temperaturen zur Herstellung der Verbindungszone 31 erforderlich
sind. Liegen diese Temperaturen oberhalb von 550°C, bei denen sich die n-dotierenden
Komplexe der n-Zonen 31 auflösen würden, ist eine Herstellung
der Verbindungszone 31 vor der Herstellung der n-Zonen 31 erforderlich.The production of the solar cell includes referring to 6C except for the fabrication of the n-doped semiconductor zones 31 spaced respectively from the first side 101 are arranged and substantially parallel to this first page 101 run, the production of at least one n-doped junction zone 32 representing the individual buried n-type semiconductor zones 31 connects with each other. This connection zone 32 can before the production of the n-zones 31 or - as explained below - even after the production of the n-zones 31 respectively. The possibility of producing the connection zone 31 after production of the n-zones 31 depends largely on which temperatures for the preparation of the connection zone 31 required are. These temperatures lie above 550 ° C, at which the n-doping complexes of the n-zones 31 would dissolve is a preparation of the connection zone 31 before the production of the n-zones 31 required.
Die
Herstellung dieser Verbindungszone 32 erfolgt Bezug nehmend
auf 6C beispielsweise durch Herstellen eines sich
ausgehend von der ersten Seite 101 in vertikaler Richtung
in den Halbleiterkörper 100 hineinerstreckenden
Graben. An die Herstellung dieses Grabens 103 schließt sich
die Herstellung einer n-dotierten Halbleiterzone 32 im
Bereich von Seitenwänden
des Grabens an. Die Herstellung dieser n-dotierten Zone 32 kann
durch Eindiffusion von n-Dotierstoffatomen oder durch Implantation
von n-Dotierstoffatomen und einen nachfolgenden Ausheilschritt folgen.
Die Herstellung des Grabens 103 erfolgt derart, dass dieser
in vertikaler Richtung bis an die unterste, d. h. die am weitesten
zu der ersten Seite 101 beabstandet angeordnete, vergrabene
n-Halbleiterzone 31 reicht. Der Graben 102 kann
nach Abschluss des Dotierverfahrens mit einem Füllmaterial aufgefüllt werden,
das elektrisch isolierend oder elektrisch leitend sein kann.. Da
bei dieser Variante Ausheilungs- bzw. Diffusionstemperaturen eingesetzt
werden, die deutlich oberhalb von 550°C liegen, ist dieses Verfahren
zur Herstellung einer Verbindungszone vor der Herstellung der n-Halbleiterzonen 31 durchzuführen.The preparation of this connection zone 32 with reference to 6C for example, by making one starting from the first side 101 in the vertical direction in the semiconductor body 100 extending trench. To the production of this trench 103 This is followed by the production of an n-doped semiconductor zone 32 in the area of side walls of the trench. The production of this n-doped zone 32 may be followed by in-diffusion of n-type dopant atoms or by implantation of n-type dopant atoms and a subsequent annealing step. The making of the trench 103 takes place such that this in the vertical direction to the lowest, ie the furthest to the first page 101 spaced, buried n-type semiconductor zone 31 enough. The ditch 102 can be filled after completion of the doping process with a filler material which may be electrically insulating or electrically conductive .. Since in this variant annealing or diffusion temperatures are used, which are well above 550 ° C, this method for producing a connection zone is present the production of n-type semiconductor zones 31 perform.
Die
Solarzelle wird vervollständigt
durch eine im Bereich der ersten Seite 101 angeordnete
n-dotierte Emitterzone 13 (gestrichelt dargestellt) sowie optional
durch eine im Bereich der zweiten Seite 102 angeordnete
p-dotierte Emitterzone 14. Für die Dotierungskonzentrationen
dieser n- und p-Emitterzonen 13, 14 gelten
die zuvor zu der Solarzelle gemäß 1G gemachten
Angaben entsprechend. Die vergrabenen n-dotierten Halbleiterzonen 31 sind über die
weitere n-Halbleiterzone 32 an
den n-Emitter 13 angeschlossen, der vorzugsweise vor der
Herstellung der n-Zonen 31 hergestellt wird.The solar cell is completed by one in the area of the first page 101 arranged n-doped emitter zone 13 (shown in dashed lines) and optionally by one in the region of the second side 102 arranged p-doped emitter zone 14 , For the doping concentrations of these n and p emitter zones 13 . 14 apply the previously to the solar cell according to 1G corresponding information. The buried n-doped semiconductor zones 31 are over the further n-type semiconductor zone 32 to the n-emitter 13 connected, preferably before the production of the n-zones 31 will be produced.
Die
Herstellung des n-Emitters 13 im Bereich der Vorderseite 101 ist
vorteilhaft, da Ladungsträgerpaare,
die knapp unterhalb der ersten Seite erzeugt werden, unmittelbar
durch die Raumladungszone getrennt werden, die sich an dem pn-Übergang
zwischen dem n-Emitter 13 und den die Grunddotierung aufweisenden
Abschnitten 12 des Halbleiterkörpers 100 ausbildet.
Der n-Emitter wird bei dieser Ausführungsform durch eine auf die
Vorderseite 101 aufgebrachte Anschlusselektrode 21 kontaktiert.
Der n-Emitter 13 kann insbesondere streifenförmig ausgebildet
sein, wie dies unter Bezugnahme auf 3A erläutert wurde.The production of the n-emitter 13 in the area of the front 101 is advantageous because pairs of charge carriers generated just below the first side are immediately separated by the space charge zone located at the pn junction between the n-emitter 13 and the basic doped sections 12 of the semiconductor body 100 formed. The n-type emitter is in this embodiment by one on the front 101 applied connection electrode 21 contacted. The n-emitter 13 may in particular strip-shaped be formed as with reference to 3A was explained.
Auf
die Herstellung eines solchen im Bereich der Vorderseite 101 des
Halbleiterkörpers 100 angeordneten
n-Emitters kann bezugnehmend auf 7 verzichtet
werden, wenn der zur Herstellung der Verbindungszone 32 hergestellte
Graben nach Herstellung der Verbindungszone 32 mit einem
elektrisch leitenden Material 41, beispielsweise hochdotiertes
Polysilizium, aufgefüllt
wird und wenn die Verbindungszone 32 so hochdotiert hergestellt
wird, dass ein niedriger Kontaktwiderstand zwischen der Verbindungszone 41 und
dem leitenden Füllmaterial
vorhanden ist. Die Verbindungszone 32 bildet in diesem Fall
gleichzeitig den n-Emitter der Solarzelle, der über das leitende Füllmaterial
an die das Füllmaterial kontaktierende
erste Anschlusselektrode angeschlossen ist.On the production of such in the field of the front 101 of the semiconductor body 100 arranged n-emitter can refer to 7 be waived if the for the preparation of the connection zone 32 produced trench after preparation of the connection zone 32 with an electrically conductive material 41 For example, highly doped polysilicon, is filled and when the connection zone 32 produced so highly doped that a low contact resistance between the connection zone 41 and the conductive filler is present. The connection zone 32 forms in this case at the same time the n-type emitter of the solar cell, which is connected via the conductive filler to the filling material contacting first terminal electrode.
Erfolgt
die Protonenimplantation zur Herstellung der n-Zonen 31 bei
den anhand der 6 und 7 erläuterten
Bauelementen ganzflächig über die
erste Seite 101, so sind nach Durchführung des Ausheilschrittes
durchgehende n-dotierte Zonen 31 vorhanden. Zwei in vertikaler
Richtung benachbart zueinander angeordnete n-Zonen 31 schließen dann eine
p-dotierte Zwischenzone ein, die ohne weitere Maßnahmen keine p-Verbindung
zu dem p-Emitter 14 hätte.Is the proton implantation for the production of the n-zones 31 at the basis of the 6 and 7 explained components over the entire surface of the first page 101 , so are after performing the annealing step through n-doped zones 31 available. Two n-zones arranged adjacent to each other in the vertical direction 31 then include a p-doped intermediate zone, which without further action no p-type compound to the p-emitter 14 would have.
Um
die p-Zwischenzonen 12 miteinander zu verbinden und an
den p-Emitter einzuschließen, kann
entsprechend der Herstellung der n-Verbindungszone 32 eine
p-Verbindungszone 51 hergestellt werden, die gestrichelt
in den 6D und 7 eingezeichnet
ist und die sich ausgehend von der zweiten Seite 102 in
vertikaler Richtung in den Halbleiterkörper 100 hinein erstreckt.
Die Herstellung dieser p-Verbindungszone 51 erfolgt beispielsweise durch
Herstellen eines sich ausgehend von der zweiten Seite 102 in
vertikaler Richtung in den Halbleiterkörper 100 hineinerstreckenden
Graben. An die Herstellung dieses Grabens schließt sich die Herstellung der
p-dotierten Verbindungszone 51 im Bereich von Seitenwänden des
Grabens an. Die Herstellung dieser p-Verbindungszone 51 kann
durch Eindiffusion von p-Dotierstoffatomen oder durch Implantation
von p-Dotierstoffatomen und einen nachfolgenden Ausheilschritt folgen.
Die Herstellung des Grabens erfolgt derart, dass dieser in vertikaler
Richtung bis an die oberste, d. h. die am weitesten zu der zweiten Seite 102 beabstandet
angeordnete, p-Zone 12 reicht. Der Graben kann nach Abschluss
des Dotierverfahrens mit einem Füllmaterial
aufgefüllt
werden. Auch die Herstellung dieser p-Verbindungszone 51 sollte
vor der Herstellung der n-Halbleiterzonen 31 erfolgen,
wenn zur Herstellung der p-Verbindungszone 51 Temperaturen
größer als
550°C erforderlich sind.Around the p-intermediate zones 12 can be joined together and confined to the p-emitter, according to the preparation of the n-junction zone 32 a p-junction zone 51 be prepared, which dashed in the 6D and 7 is drawn in and starting from the second page 102 in the vertical direction in the semiconductor body 100 extends into it. The preparation of this p-compound zone 51 for example, by making one starting from the second side 102 in the vertical direction in the semiconductor body 100 extending trench. The production of this trench is followed by the production of the p-doped junction zone 51 in the area of side walls of the trench. The preparation of this p-compound zone 51 may be followed by in-diffusion of p-type dopant atoms or by implantation of p-type dopant atoms and a subsequent annealing step. The trench is produced in such a way that it extends in the vertical direction as far as the uppermost, ie the furthest, to the second side 102 spaced, p-zone 12 enough. The trench can be filled with a filling material after completion of the doping process. Also, the preparation of this p-compound zone 51 should be before the production of n-type semiconductor zones 31 take place when for the preparation of the p-compound zone 51 Temperatures greater than 550 ° C are required.
Auf
die zuvor erläuterte
vergleichsweise aufwendige Herstellung der p-Verbindungszone 51 kann verzichtet
werden, wenn die Protonenimplantation zur Herstellung der Defektbereiche
(31' in 3A) derart
maskiert erfolgt, dass einzelne Abschnitte des Halbleiterkörpers 100 von
der Bestrahlung ausgespart werden. Bezugnehmend auf 8A entsteht im
Ergebnis dadurch eine Solarzelle, die in vertikaler Richtung durchgehendende
p-dotierte Abschnitte 15 aufweist, in denen keine vergrabenen
n-dotierten Halbleiterzonen vorhanden sind. Diese durchgehenden
p-dotierten Zonen 15, die die p-Grunddotierung des Halbleiterkörpers 100 aufweisen
und die ausgehend von den p-Emitter 14 in vertikaler Richtung
des Halbleiterkörpers
verlaufen, funktionieren als p-Verbindungszonen und ermöglichen
einen Stromfluss, der aus der photoneninduzierten Ladungsträgergeneration
resultiert, aus dem Volumen des Halbleiterkörpers 100 an den p-Emitter 14.On the previously described comparatively complicated preparation of the p-compound zone 51 can be omitted if the proton implantation for the preparation of the defect areas ( 31 ' in 3A ) is masked such that individual sections of the semiconductor body 100 be spared by the irradiation. Referring to 8A As a result, a solar cell is created, the p-doped sections extending in the vertical direction 15 in which no buried n-doped semiconductor regions are present. These continuous p-doped zones 15 , which is the p-type fundamental doping of the semiconductor body 100 and starting from the p-emitter 14 run in the vertical direction of the semiconductor body, functioning as p-type compound regions and allow a current flow resulting from the photon-induced charge carrier generation, from the volume of the semiconductor body 100 to the p-emitter 14 ,
Bezugnehmend
auf 8B, die einen Querschnitt durch eine n-Zone 31 in
einer in 8A dargestellten Schnittebene
B-B zeigt, erfolgt die Maskierung des Halbleiterkörpers 100 bei
der Protonenbestrahlung beispielsweise derart, dass mehrere in lateraler
Richtung beabstandet zueinander angeordnete n-Zonen 31 entstehen, wobei ein
p-dotierter Zwischenbereich, der in lateraler Richtung zwischen
diesen n-Zonen liegt, Teil der p-Verbindungszone 15 ist. Die
einzelnen n-Zonen können
in lateraler Richtung eine beliebige Geometrie aufweisen und können insbesondere
streifenförmig
ausgebildet sein. Die einzelnen n-Zonen sind dabei jeweils an ein
eine n-Verbindungszone 32 angeschlossen.
Zur Herstellung der in 8B dargestellten Struktur wird
der Halbleiterkörper
während
der Protonenimplantation mit einer gitterförmigen Maske maskiert.Referring to 8B which is a cross section through an n-zone 31 in an in 8A Section shown BB shows the masking of the semiconductor body takes place 100 in the case of proton irradiation, for example, in such a way that a plurality of n-zones arranged at a distance from each other in the lateral direction are arranged 31 arise, wherein a p-doped intermediate region which lies in the lateral direction between these n-zones, part of the p-junction zone 15 is. The individual n-zones can have any desired geometry in the lateral direction and can in particular be strip-shaped. The individual n-zones are each at an n-junction zone 32 connected. For the production of in 8B In the illustrated structure, the semiconductor body is masked with a latticed mask during proton implantation.
Anstatt
mehrere in lateraler Richtung beabstandete n-Zonen 31 herzustellen,
besteht in nicht näher
dargestellter Weise auch die Möglichkeit,
eine durchgehende n-Zone 31 herzustellen, die in lateraler
Richtung jedoch p-dotierte "Aussparungen" aufweist, die dann
Teil der p-Verbindungszone sind. Eine solche Struktur kann erreicht
werden, wenn der Halbleiterkörper 100 bei
der Protonenbestrahlung an singulären Stellen abgedeckt wird.Instead of a plurality of n-zones spaced laterally 31 produce, in a manner not shown, the possibility of a continuous n-zone 31 However, in the lateral direction but p-doped "recesses" which are then part of the p-junction zone. Such a structure can be achieved when the semiconductor body 100 is covered at the singular sites during proton irradiation.
Die
Herstellung der vergrabenen n-Halbleiterzonen 31 erfolgt
bei dem zuvor anhand der 6A bis
DF erläuterten
Verfahren vorzugsweise derart, dass der gegenseitige Abstand zweier
in vertikaler Richtung benachbart zueinander angeordneter Halbleiterzonen 31 geringer
ist als die Diffusionslänge
von Minoritätsladungsträgern in
den die Grunddotierung aufweisenden Abschnitten 12 des
Halbleiterkörpers
und vorzugsweise geringer als das 0,25-fache der Diffusionslänge. Gleiches
gilt auch für den
lateralen Abstand zweier n-Zonen, wenn in einer parallel zu den
ersten und zweiten Seiten 101, 102 verlaufenden
Ebene mehrere solcher n-Zonen 31 realisiert werden.The production of the buried n-type semiconductor zones 31 takes place in the previously using the 6A to DF explained method preferably such that the mutual distance between two vertically adjacent to each other arranged semiconductor zones 31 is less than the diffusion length of minority carriers in the base doped sections 12 of the semiconductor body, and preferably less than 0.25 times the diffusion length. The same applies to the lateral distance of two n-zones, if in a parallel to the first and second sides 101 . 102 extending level several such n-zones 31 will be realized.
Mittels
des erfindungsgemäßen Verfahrens lassen
sich in vertikaler Richtung schmale n-dotierte Halbleiterzonen 31 an
vergleichsweise exakt vorgebbaren Positionen innerhalb des Halbleiterkörpers 100 erzeugen,
wodurch insgesamt ein pn-Übergang
mit einer großen
Fläche
innerhalb eines gegebenen Volumens des Halbleiterkörpers 100 erreicht
werden kann. Hieraus resultiert eine geringere Entfernung, die durch
Licht erzeugte freie Ladungsträger
in der Solarzelle zurücklegen
müssen
bis sie eine Raumladungszone erreichen, und dadurch eine erhöhte Stromergiebigkeit
der Solarzelle.By means of the method according to the invention, narrow n-doped semiconductor zones can be formed in the vertical direction 31 at comparatively exactly predeterminable positions within the semiconductor body 100 producing, as a whole, a pn junction with a large area within a given volume of the semiconductor body 100 can be achieved. This results in a smaller distance, the free charge carriers generated by light must travel in the solar cell until they reach a space charge zone, and thus an increased current yield of the solar cell.
Die
Herstellung einer die vergrabenen n-dotierten Halbleiterzonen 31 an
den n-Emitter 13 anschließenden Verbindungszone 33 kann
entsprechend der Herstellung der in 1G dargestellten n-Halbleiterzonen 11 dadurch
erfolgen, dass Protonen maskiert über die erste Seite 101 in
den Halbleiterkörper
implantiert werden und dass sich an diese Protonenimplantation ein
Ausheilschritt zur Erzeugung wasserstoffinduzierter Dona toren anschließt. Eine
Solarzelle mit einer derart hergestellten Verbindungszone 33 ist
in 9 im Querschnitt dargestellt.The production of a buried n-doped semiconductor zones 31 to the n-emitter 13 subsequent connection zone 33 can according to the production of in 1G illustrated n-type semiconductor zones 11 be done by masking protons over the first page 101 be implanted in the semiconductor body and that followed by this proton implantation an annealing step to produce hydrogen-induced Dona factors. A solar cell with a connection zone produced in this way 33 is in 9 shown in cross section.
Diese
Verbindungszone 33 kann vor der Herstellung der in lateraler
Richtung verlaufenden n-Zonen 31 oder nach deren Herstellung
erfolgen.This connection zone 33 may be prior to the production of the laterally extending n-type zones 31 or after their preparation.
Für eine Herstellung
der Verbindungszone nach Herstellung der n-Zonen sind mehrere Implantationsschritte
mit unterschiedlichen Implantationsenergien erforderlich. Die Implantationsenergien
sind dabei so zu wählen,
dass Protonen in die p-Bereiche 12 zwischen
jeweils zwei in vertikaler Richtung beabstandet angeordnete n-Zonen 31 gelangen,
um nach Durchführung
eines Ausheilschrittes dort eine n-Dotierung zu bewirken. Ein Teil
der n-Verbindungszone 33 entsteht bei Herstellung der n-Zonen 31.
Selbstverständlich
können
die Implantationsschritte zur Herstellung der n-Zonen 31 und
der Verbindungszone 33 auch abwechselnd durchgeführt werden.For a production of the connection zone after production of the n-zones, several implantation steps with different implantation energies are required. The implantation energies are to be chosen such that protons enter the p-regions 12 between each two vertically spaced n-zones 31 arrive in order to effect an n-doping there after performing an annealing step. Part of the n-junction zone 33 arises when producing the n-zones 31 , Of course, the implantation steps for the preparation of the n-zones 31 and the connection zone 33 also be carried out alternately.
Für eine Herstellung
der n-Verbindungszone 33 vor Herstellung der n-Zonen 31 kann
ein Implantationsschritt genügen,
wenn die Temperatur und/oder die Dauer des vor der Herstellung der
n-Zonen 31 durchgeführten
Ausheilschrittes so gewählt sind,
dass die implantierten Protonen in erheblichem Umfang in Richtung
der Bestrahlungsseite 101 diffundieren, so dass ein n-dotierter
Bereich über
den gesamten Bestrahlungsschäden
aufweisenden Bereich entsteht. Die Herstellung der Verbindungszone 33 kann
nach Herstellung der n-Zonen 31 nicht durch nur einen Implantationsschritt
erfolgen, da die erforderliche Ausheiltemperatur und/oder die erforderliche
Ausheildauer zu einem "Zusammenwachsen" der n-Zonen 31 in
vertikaler Richtung führen
würden.For a preparation of the n-junction zone 33 before making the n-zones 31 For example, an implantation step may be sufficient if the temperature and / or duration of the pre-n-zone fabrication 31 Healing step performed are chosen so that the implanted protons to a considerable extent in the direction of the irradiation side 101 diffuse so that an n-doped region is formed over the entire irradiation damage area. The preparation of the connection zone 33 can after making the n-zones 31 not by just one implantation step, since the required annealing temperature and / or the required annealing time result in "coalescence" of the n-type zones 31 would lead in the vertical direction.
Bei
dem in 9 dargestellten Bauelement sind die n-Zonen unter
Verwendung einer maskierten Protonenbestrahlung hergestellt, so
dass eine die p-Grunddotierung des Halbleiterkör pers 100 aufweisende
p-Verbindungszone 15 vorhanden ist, die die p-Zwischenzonen 12 an
den p-Emitter anschließt. Bei
dieser Solarzelle, erstrecken sich vergrabene n-dotierte Halbleiterzonen 31 in
horizontaler Richtung ausgehend von der n-Verbindungszone 33 in den Halbleiterkörper hinein,
während
in vertikaler Richtung durchgehende p-dotierte Abschnitte 15 vorhanden
sind, in denen keine vergrabenen n-dotierten Halbleiterzonen 31 vorhanden
sind.At the in 9 shown component, the n-zones are produced using a masked proton irradiation, so that a p-basic doping of Halbleiterkör pers 100 having p-compound zone 15 present is the p-intermediate zones 12 connects to the p-emitter. In this solar cell, buried n-type semiconductor regions extend 31 in the horizontal direction, starting from the n-junction zone 33 in the semiconductor body, while in the vertical direction through p-doped portions 15 are present, in which no buried n-doped semiconductor zones 31 available.
Selbstverständlich könnte eine
p-Verbindungszone bei dem Bauelement gemäß 9 auch entsprechend
der p-Verbindungszone 32 in den 6A–6D realisiert
werden.Of course, a p-junction zone in the device according to 9 also according to the p-connection zone 32 in the 6A - 6D will be realized.
-
11'11 '
-
Defektbereichedefect regions
-
1111
-
Halbleiterbereiche
mit wasserstoffinduzierten DonatorenSemiconductor regions
with hydrogen-induced donors
-
1212
-
Grunddotierung
des Halbleiterkörpers
aufweisendebasic doping
of the semiconductor body
having
-
-
Bereicheareas
-
1313
-
n-Emittern-emitter
-
1414
-
p-Emitterp-emitter
-
1515
-
p-dotierte
Zonep-doped
Zone
-
21,
2221
22
-
Anschlusselektrodenterminal electrodes
-
31'31 '
-
Defektbereichedefect regions
-
3131
-
Halbleiterbereiche
mit wasserstoffinduzierten DonatorenSemiconductor regions
with hydrogen-induced donors
-
3232
-
n-Verbindungszonen-junction zone
-
3333
-
n-Verbindungszonen-junction zone
-
4141
-
Füllmaterialfilling material
-
100100
-
HalbleiterkörperSemiconductor body
-
101101
-
erste
Seite des Halbleiterkörpersfirst
Side of the semiconductor body
-
102102
-
zweite
Seite des Halbleiterkörperssecond
Side of the semiconductor body
-
103103
-
Graben
des Halbleiterkörpersdig
of the semiconductor body
-
201201
-
Maskemask
-
202202
-
Aussparungen
der Maskerecesses
the mask